潮汐水流作用下底泥的稀化和起动释放

【作者】 程鹏达； 朱红伟； 钟宝昌； 王道增；

【机构】 中国科学院力学研究所； 上海大学上海市应用数学和力学研究所；

【摘要】 通过模拟底泥水槽起动实验,研究了不同物理性质的底泥在潮汐水流作用下的起动稀化现象和起动释放水力特征。研究表明,底泥的起动与上覆水体的水力特性及其自身的干密度有关,即与底泥的含水量和沉积时间长短有关。底泥一般可以分为上层浮泥或淤泥层和下层的沉积底泥层,起动流速随着底泥深度增加而增大,通过拟合不同干密度下的底泥起动流速得到了泥沙起动流速公式。天然细颗粒泥沙之间由于存在粘结力导致絮凝的影响,细颗粒泥沙的起动与其粒径无关,其临界起动流速已不再取决于粒径,而主要取决于底泥的密度及泥沙颗粒间的粘性作用。下层沉积底泥一般不易起动,在部分卸载并且直接与上覆水体接触,将会发生稀化和逐渐向上覆水体释放,这种稀化释放时轻度且缓慢的,同一水流条件下,年流失量约为上层底泥释放量的五分之一。感潮河流的流速和水位变化具有不对称性,在不同的潮周期里河流流速水位的变化不一样。长潮周期内,流速和水位以完全相同的位相和振幅伴随着潮汐的波动而变动,而在短潮周期里感潮河流的水位几乎不随着潮汐的波动而变化。在整个涨落潮过程中,由于加速与减速的作用,使流向的变化不完全随水面比降的变化而变化。随着潮周期的增加,底泥的起动流速越大,这说明,长潮周期对底泥的起动有缓冲作用,使得悬浮泥沙不易起动也不易悬浮。在有流向变化的潮汐水流中,底泥的起动流速比较小。反之,在单向水流中底泥起动流速比较大。更多还原